Датчик ускорения

(56) АвторскоеИф 1040422, кл.Авторское сИ 924582, кл,8.8)свидеС 01идете01 Р ельство ССС15/08, 198ьство СССР15/08, 1980 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧИРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к измерению линейных ускорений на объектах различного назначения, Цель изобретения - повышение точности измерения ускорения и расширение функциональных возможностей датчика за счет одновременного измерения температуры, При наличии измеряемого ускорения пружины 6 и 7, нагруженные инерционной массой 2, сжимаются. Расстояния междуторцовыми гранями массы, выполненнымиотражающими, и мембранами 11 и 12корпуса 1 изменяются, При этом изменяются периоды акустических сигналов,проходящих от пьезоэлектрических преобразователей 9 и 10 обратно. Разность периодов является мерой измеряемого ускорения, а сумма - температуры. Для развязки вибрационно-частотных каналов средняя часть инерционной массы 2 имеет слой 5 поглощающийакустический сигнал. При условии равенства отношения температурных коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и массы к отношению дли- дны массы и корпуса в направлении оси щчувствительности датчика разностьэтих длин остается постоянной в широ" %Ф фком интервале температур. 1 ил.Изобретение относится к измерениюпараметров движения и может быть использовано для измерения линейныхускорений объектов различного назначения,Целью изобретения является повышение точности измерения ускоренияи расширения функциональных возмож.ностей за счет одновременного измерения температуры.На чертеже представлена упрощенная конструктивная схема датчика ускорения и температуры.Датчик ускорения и температурысостоит из корпуса 1, содержащеговнутри инерционную массу 2 с отражательными гранями 3 и 4 и внутреннимпоглощающим акустические сигналы слоем 5. Инерционная масса закреплена в 20корпусе 1 посредством пружин 6 и 7,причем корпус 1 заполнен рабочей жидкостью 8, являющейся проводником акустических сигналов и одновременнодемпфирующей средой. Датчик содержит 25также обратимые пьезоэлектрическиепреобразователи 9 и 10 электрическихсигналов в акустические отделенныеот рабочей жидкости тонкими мембранами 11 и 12, являющимися частью корпуса 1, Кроме того, в конструкциюдатчика входят генераторы 13 и 14 иусилители 15 и 16, причем пьезоэлектрические преобразователи 9 и 10 электрически соединены с выходами генера- З 5торов 13 и 14 и входами усилителей15 и 16 соответственно. Материалыкорпуса 1 и инерционной массы 2 подобраны так, что их тепловые коэффициенты расширения и линейные размеры 40вдоль рабочей оси датчика подчиняютсяследующему условию:еБ 1210245 где Ы, - тепловой коэффициент расширения материапа корпуса;Ь - расстояние вдоль оси чувствительности между внутренними, по отношению ккорпусу, поверхностями мембран;о - тепловой коэффициент расширения инерционной массы;1. - длина инерционной массы ототражательной грани 3 дограни 4.При соблюдении этих условий расстояния от пьезоэлектрического преобразователя 9 до отражательной грани3 и от пьезоэлектрического преобразователя 10 до грани 4 и их сумма независят от температуры, так как величины изменений корпуса датчика иинерционной массы при изменениях ихтемператур одинаковы, т.е, 1, - 1.сопя в широком интервале температур,Датчик ускорения и температуры работает следующим образом.1Электрические импульсные сигналыгенераторов 13 и 14 поступают на соответствующие им пьезоэлектрическиепреобразователи 9 и 10, где преобразуются .в акустические импульсы, которые через мембраны 11 и 12 излучаются в рабочую жидкость 8 и начинаютраспространяться в сторону инерционной массы 2, положение которой в каждый момент времени определяется действующей на датчик вдоль его рабочейоси инерционной силой, После отражения от отражательных граней 3 и 4инерционной массы 2 акустические сиг"налы поступают на соответствующиепьезоэлектрические преобразователи 9и 10, где преобразуются в электрические импульсы которые после усиленияусилителями 15 и 16 поступают на запуск генераторов 13 и 14. С этого момента циклы повторяются. В результате с выходов генераторов 13 и 14 снимаются две частотно-импульсные последовательности, частоты которых (илиоднозначно связанные с ними периодыколебаний Т, и Т) зависят от скорости прохождения акустического импульса от преобразователя (9 или 10) доотражательной грани (3 или 4) инерционной массы 2 и обратно и расстояния между ними, В связи с тем чторасстояния от пьезоэлектрическогопреобразователя 9 до отражательнойграни 3 и от пьезоэлектрического преобразователя 10 до грани 4 инерцион"ной массы 2 и их сумма не зависят оттемпературы датчика и рабочей жидкости, то это дает возможность по периодам Т, и Т и указанной сумме расстояний, которая равна (1 - 1, )/С= сопзс рассчитать скорость звука крабочей жидкости и сопоставить ейтемпературу датчика, зависящую оттемпературы окружающей среды,Смещение инерционной массы вдольрабочей оси датчика под воздействиемускорения однозначно зависит от разЗаказ 327 Тираж Мц ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. М 5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород ул. Гагарина,10 15521 ности периодов Т, и Т, рассчитанной скорости звука в рабочей жидкости и упругости пружин 6 и 7, Так как скорость звука в рабочей жидкости для5 определенной температуры и упругость пружинящих систем для конкретного датчика являются величинами постоянными, то разность периодов (т, - т) является мерой ускорения, причем знак 10 разности указывает направление действия ускорения в каждый момент времени, Поглощающий слой 5 в инерционной массе служит;."ля исключения взаимного влияния сигналов одного пьезо электрического датчика на цепь другого.В периодах Т, и Т , кроме времени распространения сигнала только по рабочей жидкости от плоскости внутренней части корпуса до отражательной грани инерционной массы и обратно, присутствует время распространения в мембранах и в электронной части, датчика (в генераторах и усилителях), являющееся в данном случае систематической погрешностью (ошибкой), При измерении смещения инерционной массы под действием ускорения в случае идентичности электронных схем и равенстве толщин данная погрешность существенного влияния на точность измерения не оказывает, так как мерой служит разность (Т - Т). Но для измерения температуры данную погрешность необходимо учитывать, несмотря на ее малую величину из-за большой скорости распространения акустических сигналов в мембране5000 м/с) и ее малой толщины и малой задержки в электронных цепях при использовании элементов СВЧ-диапазона с большим значением верхней граничной частоты, Данная систематическая погрешность выявляется при калибровке датчика со поставлением точного значения скорос.- ти звука в рабочей жидкости при определенной температуре значению, вычисленному по величинам Г, и Р (или Т 06 6и Т 1. Калибровка проводится по всемурабочему интервалу температур датчика, В результате калибровки составляется таблица (график) поправок к показаниям датчика. При обработке данныхвозможна аппроксимация полученнойтаблицы (графика) полиномом без существенной потери точности,Таким образом работа датчика ускорения и температуры сводится к получению двух частотно-импульсных последовательностей с периодами Т и Т.,причем сумма периодов является меройтемпературы, а разность - мерой ускорения,Датчик ускорения содержащий корпус, заполненный жидкос 1 ью, инерционную массу, установленную в корпусе наупругих элементах, и вибрационно-частотные преобразователи смещения инерционной массы, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения ускорения и расширения Функциональных возможностей эасчет одновременного измерения температуры, в нем инерционная масса вцентральной ее части разделена звукопоглощающим слоем, параллельно которому на боковых ее гранях выполненызвукоотражающие слои, в торцовыхстенках корпуса выполнены мембраны,расположенные параллельно и напротивслоев инерционной массы на оси чувствительности датчика, а преобразователи смещения инерционной массы выполнены пьезоэлектрическими и закреплены на внешних поверхностях мембранкорпуса, причем отношение температурных коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и инерционноймассы равно отношению длины инерционной массы между отражательными гранями к расстоянию между внутреннимипо отношению к корпусу, поверхностямимембран,